汇川联合动力利兹线绕组方案，电机的高效升级路径该往哪走？

利兹线（Litzline）是一种特殊的导体结构，它由多根绝缘的细导线按照一定的规律绞合或编织而成。这种结构能够显著减少高频应用中的交流损耗，尤其是集肤效应和邻近效应造成的损耗。利兹线的设计允许电流在各个单独的导线之间均匀分布，从而提高了整体的导电效率。

当前，新能源汽车的电机趋向高速、高效率以及高功率密度化，对电磁线的导电、导热、强度等性能均提出了更高需求。利兹线以及不等宽绕组的方案也相应的被提上了日程，本期内容就来聊聊这两种方案。

01. 利兹线绕组方案兼顾高频低耗高槽满

汇川联合动力是通过在铜线表面包覆石墨烯层形成基础导线，再将多股此类导线绞合为利兹线，铜线可选用圆形、矩形等截面形状（绞合之前单线的形态），但是圆形更有利于提升导线绞合紧实度和石墨烯包覆的均匀性。其铜线直径优选在0.05mm至1mm之间，以兼顾导电性能与高频特性。

汇川联合动力的利兹线其石墨烯层厚度控制在1nm至20nm之间，例如1nm、5nm、10nm等，并通过化学气相沉积（CVD）工艺实现其连续、均匀地生长在铜线表面，从而保障包覆层的质量与性能。

此外，每根基础导线外表还涂覆聚酰亚胺或聚酯亚胺绝缘漆，以增强绝缘性、耐热性和机械稳定性。将多股基础导线通过单绕绞合的方式制成利兹线，其截面也可设计为圆形或矩形（绞合之后整体的形态），其中矩形截面利于提高定子槽满率，从而提升电机功率密度。所以可用圆线先进行绞合，填充系数达85%以上之后，再经模具压方成型为矩形。绞合后的利兹线紧实度不低于90%，这一结构进一步优化了高频性能与机械可靠性。

实际应用表明，采用此类利兹线的定子绕组可实现45%–65%的槽满率，且在高频环境下表现出优异的交流电导率：在1kHz、10kHz、50kHz和100kHz频率下分别达到106%–108%、104%–106%、97%–99%和89%–91%IACS（国际退火铜标准），性能显著优于传统金属圆线利兹线、普通扁线及高导扁线绕组，同时兼顾高槽满率与高频低损耗特性，适用于高效率、高功率密度的电机设计。

以下为其他线型绕组电导率：

采用金属圆导线制得的圆形利兹线10的定子绕组，定子槽满率可以为35％～45％，在1KHZ、10KHZ、50KHZ以及100KHZ的交流电导率可以分别达到98％IACS～100％IACS、95％IACS～97％IACS、88％IACS～90％IACS以及76％IACS～78％IACS；

采用扁线的定子绕组，定子槽满率可以为55％～75％，在1KHZ、10KHZ、50KHZ以及100KHZ的交流电导率可以分别达到100％IACS～102％IACS、93％IACS～95％IACS、81％IACS～83％IACS以及54％IACS～56％IACS；

采用高导扁线的定子绕组，定子槽满率可以为55％～75％，在1KHZ、10KHZ、50KHZ以及100KHZ的交流电导率可以分别达到103％IACS～105％IACS、99％IACS～101％IACS、89％IACS～91％IACS以及72％IACS～74％IACS。

02. 不等宽绕组方案按需分配优化磁耗

当前，扁线绕组的方案，特别是端部形式已经有了较多改进，比如Hair-pin、Umini-pin和X-pin绕组等，但都是采用相同截面积的扁线导体。该结构主要通过加大电流来提高输出扭矩，存在低速大转矩工况下电机铜耗高、发热量大、材料利用率低等缺点。

不等宽的扁线绕组结构，是通过在定子槽内部放置面积较大的扁线绕组，在定子槽口放置面积较小的扁线绕组，即减小了绕组相电阻值，降低了槽口导体的交流铜耗，又提高了槽底处铁心的磁密，还提高了铁心材料利用率。进而提高效率、降低温升。

简单说一下为什么这样做，是因为在高频时，扁线绕组的交流电阻较大，尤其在靠近转子的定子槽口位置，其内层绕组的交流电阻尤其大，这就导致绕组高频的效率和持续性能不具有优势。

此外，定子槽底形状还可灵活设计为梨形、矩形或经过圆角/倒角处理的多边形，不仅便于制造也有利于磁场分布。为进一步优化性能与成本，还可针对不同区段选用不同材料，例如槽底采用铝材而槽口选用铜材，以减轻重量、提高功率密度并控制成本；或者槽底使用实心铜导体，槽口采用利兹线扁线，以兼顾降低交流损耗与合理分配交直流绕组损耗的需要。

但不等槽宽设计方案容易在外圆槽的导线形成过大宽窄比特征，大宽窄比的导线成型难度大，且由于所需的大转弯半径使得绕组端部尺寸过大而失去空间利用率优势，如果绕组结构设计不合理，较多的交叉扭线，使扁线电机制造难度加大，设备成本增高。电枢绕组各支路之间必须保证电路均衡才能发挥其性能优越性。

总结

一项优秀的设计不仅需要理论上的性能优势，更需要考虑“设计可制造性”和“成本效益平衡”，期待后续研究落地。